前言

我们有幸迎来了一个基于人工智能（AI）技术的智能时代。随着AI技术造福人类，人们也开始意识到不恰当地开发和使用AI会伤害人类和社会。我自20世纪80年代起从事人因科学（包括人因工程、工效学、工程心理学、人机交互、认知工程等）的研究，人因科学崇尚“以人为中心”的理念。40多年前，当人类刚进入计算机时代时，“以人为中心”理念的提倡促进了人因科学新领域（人机交互、用户体验等）从无到有的发展壮大和传统人因科学领域（人因工程、工程心理学等）的与时俱进。实践表明，倡导和实践“以人为中心”的理念在新技术的发展初期尤为重要，AI技术也不例外。相比核能和生化技术，AI技术的开发和使用是一种去中心化的全球现象，入门门槛相对较低，使得人类对AI技术的控制越加困难，其双刃剑效应对人类和社会表现得更为显著。因此，合理地开发和使用AI技术就显得尤为重要，“以人为中心人工智能”（humancentered AI，HCAI）理念也应运而生。HCAI强调在设计、开发和使用AI技术的过程中充分考虑人的需求、价值、智慧、能力、作用、隐私、公平等因素，通过有用的、可用的、负责任的、可扩展的、人类可控的AI技术，最大限度地发挥AI技术的潜能，提升人类的能力，造福人类和社会，避免伤害人类，更不能取代人类。

我自2018年开始考虑HCAI的相关问题。作为全球最早提出HCAI理念框架的学者之一，我在美国计算机学会（ACM）2019年的期刊上系统地提出了一个HCAI理念框架，该论文目前已是高被引文献。我与Ben Shneiderman教授（美国工程院院士）和Gabriel Salvendy教授（美国工程院院士）等的合作进一步加深了对HCAI的认识，我们与全球23位学者共同发表了《以人为中心人工智能的六大挑战》（Six HumanCentered AI Grand Challenges）一文（2022）。自2019年以来，我陆续提出了一些新的理论和框架，包括基于人智组队(humanAI teaming）合作的智能时代新型人机关系、人智协同认知系统(humanAI joint cognitive systems)、人智协同认知生态系统(humanAI joint cognitive ecosystems)、智能社会技术系统（intelligent sociotechnical systems）、HCAI方法论框架、智能时代的人因科学研究新范式等。

进入智能时代后，我们研究的对象已不再局限于基于传统非智能化计算技术的人机关系，AI技术带来了一系列新特征，包括智能自主化、学习和认知、机器行为演进、协同合作等特征，同时也带来了潜在的负面影响和风险的新挑战。此“机”非彼“机”，我们需要跳出固有的思维框架，采用新的思维方式和方法来充分利用AI技术新特征，从而应对AI技术带来的新挑战。基于多年的研究和思考, 我在2000年系统地提出了基于HCAI理念的“人智交互”（humanAI interaction）这一跨学科新领域。“人智交互”中的“智”是指基于AI技术的智能系统、产品、应用和服务等。在智能时代，人们在日常工作和生活中越来越多地与AI技术进行交互。2021年，相关论文也在中国人工智能学会会刊《智能系统学报》第4期发表，并引起积极反响, 我也凭借该论文获得该年度的优秀作者奖。人智交互是对现有“人机交互”（humancomputer interaction，HCI)学科领域的扩展。人智交互新领域的提出将促使人们注重AI技术的新特征和新挑战，推动HCAI理念在AI研究和应用中的贯彻实施；人智交互新领域也提供了一个跨学科合作的平台，通过优势互补，在传统思维和方法的基础上充分利用AI技术的潜能，采用创新思路和方法，共同研发以人为中心的AI技术。

有关HCAI和人智交互的研究在国际上方兴未艾，我国在这方面的研究和应用仍有待深入开展。为进一步倡导HCAI理念和人智交互在我国的研究和应用，我在2022年萌发了编写一本这方面的图书的想法。鉴于该领域的跨学科特征，由我一个人来承担这本书的编写显然是不现实的，因此由我主编并与跨学科作者合作便是最佳选择。2022年年末，我与清华大学出版社共同发布了图书征稿函，并得到了各学科专业人员的积极响应。限于篇幅，我们最终决定总共不超过37章。尽管如此，本书的页数还是远超出了一般图书的篇幅。来自28个单位的96位作者参与了本书的撰写，包括多位海外学者，他们来自人工智能/计算机、心理学、人机交互、人因工程、设计、自动控制、机械工程、制造、医学、法律等专业领域。这些作者既有从事理论和方法研究的，也有从事专项问题研究以及跨行业应用的。本书内容涉及的应用领域包括航空、航天、医疗、康复、教育、制造、自动驾驶、教育等。这样一个作者群本身就已经充分表明了HCAI和人智交互为智能时代的跨学科融合创新提供了协同合作的平台。

本书以HCAI理念为主线，从以下四部分来全面反映围绕HCAI、人智交互研究和应用的最新成果。

〖1〗〖1〗第一篇概论。本篇由我撰写。本篇阐述HCAI的框架，其中包括HCAI理念、设计目标、设计原则、实施路径、方法论；阐述提出HCAI理念的意义、实施HCAI理念的策略和行动。本篇也阐述人智交互新领域的框架，其中包括研究对象、范围、意义、方法、流程以及研究范式取向。基于这些内容，本书从以下三方面系统介绍最新的研究和应用成果。

第二篇理论与方法。基于HCAI理念，本篇收集了人智交互研究的基本理论和方法，这些基本理论和方法融合了AI/计算机、心理学、人因工程、人机交互、设计、伦理与法律等领域的研究，为开展人智交互研究和应用提供了理论及方法论基础。

第三篇专题研究。作为一个新领域，人智交互必然需要对一些重要问题展开深入研究，为全面开展人智交互研究提供参考。本篇收集了围绕HCAI理念和人智交互领域的一系列专题研究成果。

第四篇行业应用。人智交互研究必须展示其社会应用价值,从而进一步推动HCAI理念的实施和人智交互领域的研究。本篇收集了来自航空、航天、交通、医疗、康复、教育、制造等行业的应用成果，体现了实施HCAI理念、开展人智交互研究和应用的社会价值。

本书具有以下特点: 

 创新性。作为第一部学术专著详细阐述了HCAI新理念和方法，并提出了人智交互的跨学科新领域，所提出的一系列理论和方法具有原创性，有助于指导今后进一步开展这方面的研究和应用。

 系统性。融合跨学科理论和方法，全面呈现了从中心理念到基本理论与方法、专题研究以及行业应用的成果，提供了一个系统化的领域体系架构，有助于全面了解HCAI和人智交互的理念、方法、技术和应用。

 应用性。基于理论与方法、专题研究、行业应用三篇的内容，本书为读者呈现了HCAI和人智交互的一些初步应用成果，有助于指导HCAI理念的实施和开展人智交互应用研究，从而展示其社会价值。

 时效性。AI技术的研究和应用目前如火如荼,同时潜在的负面影响也引起人们越来越多的关注。本书的出版有助于为优化AI技术研究和应用提供新的思路和方法，有助于为开展这方面的工作提供指导。

作为主编，我在图书征稿函中首先提出了本书的主题、架构、章节题目；在章节提纲编写阶段初审、复审了作者提出的章节提纲；在内容编写阶段初审、复审了章节初稿。另外，每章均经过了至少两位同行的评审，最终的统稿工作由我负责审定。此过程虽然费时费力，有些章节还几易其稿，但这是一个主编与各章作者通过观念碰撞、互相学习最终达成共识的跨学科协同合作过程，从而保证了各章内容紧扣主题及其学术质量。

本书的出版离不开大家的帮助和支持。我首先要感谢所有作者，没有他们的努力，就没有本书。感谢中国科学院院士、浙江大学心理科学研究中心主任麻生明教授、浙江大学葛列众教授和高在峰教授对本书写作的鼓励和支持。感谢以下专家在选题、组稿或撰写等方面的支持: 青海大学校长、清华大学史元春教授；中国科学院软件研究所原总工程师戴国忠研究员；中国科学院心理研究所原所长傅小兰研究员；中国科学院心理研究所党委书记孙向红研究员；中国工程院院士、浙江大学杨华勇教授；中国航天员中心航天员系统副总设计师王春慧研究员；哈尔滨工程大学副校长於志文教授；欧洲人文和自然科学院外籍院士、哈尔滨工业大学刘洪海教授；中国科学院自动化研究所原副所长王飞跃研究员；日本工程院院士、日本高知工科大学任向实教授等。感谢史元春教授为本书撰写的推荐序。感谢以下专家的推荐语: 美国国家工程院院士、Purdue大学Gavriel Salvendy教授；傅小兰教授；任向实教授；中国人类工效学会理事长、东北大学郭伏教授。

我还要感谢近80位审稿专家，他们的审稿意见保证了本书内容的学术质量。我要特别感谢本书的责任编辑郭赛，一年多前，当我提出本书的构想时，立刻获得了郭编辑的积极响应，没有他的努力，本书不可能出版。还要感谢清华大学出版社的编辑团队，是他们的辛勤工作保证了本书的质量。感谢我的科研助理朱田牧在同行评审、封面图案设计、校对等方面的工作。

在这里，我还要感谢我的导师——浙江大学教授、中国人因科学早期开拓者朱祖祥先生。40年前，朱先生有意招收工科本科生作为他的工程心理学研究生，我有幸成为他的第一批研究生，从此，朱先生为我打开了一辈子要去追求的大门。感谢我的博士生导师——美国人因与工效学会（HFES）前主席、美国迈阿密大学Marvin Dainoff教授，他为我打开了另一扇大门。

我也想在这里感谢我的家人，感谢他们几十年来对我一如既往的爱和支持。

最后，HCAI和人智交互研究及应用尚处于起步阶段，本书提出的一些理论、技术、方法等还不成熟，对于一些关键研究题目，本书仅仅提出了问题，仍有待于今后的研究。AI技术的发展日新月异，本书大部分章节均在大半年以前完成，因此内容可能没有涉及一些新出现的问题，希望读者提出宝贵意见。作为一个新的理念和方法，HCAI和人智交互本身也需要不断提升。我希望本书能够起到抛砖引玉的作用，推动我国这方面工作的开展。进入智能时代后，只要我们持之以恒的努力，“以人为中心人工智能”理念在全社会深入人心的那一天同样也会到来。

许为

2024年4月